SF6氣體密度控制器溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)方法技術(shù)研究

張弘一，李延夫，于振毅，孫 禮，張 盼，李 茜

(國(guó)家儀器儀表元器件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，遼寧沈陽 110043)

0 引言

目前，對(duì)SF6氣體密度控制器的檢驗(yàn)通常以20℃環(huán)境條件下SF6氣體壓力作為標(biāo)度值進(jìn)行檢驗(yàn)。而我國(guó)西北地區(qū)夏季氣溫最高可達(dá)40℃，冬季氣溫最低可達(dá)－32℃，季節(jié)溫差最高可達(dá)60℃，晝夜溫差最高可達(dá)20℃，由于溫差大，許多SF6氣體密度控制器在氣體未發(fā)生泄漏時(shí)頻繁報(bào)警，致使工作人員頻繁補(bǔ)氣，對(duì)SF6電氣設(shè)備運(yùn)行帶來了潛在的威脅。為了保障高壓電氣設(shè)備安全運(yùn)行，必須對(duì)SF6氣體密度控制器產(chǎn)品進(jìn)行溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)，這樣才能保證高壓電氣設(shè)備在環(huán)境惡劣條件下仍可以及時(shí)、準(zhǔn)確的發(fā)出報(bào)警和閉鎖信號(hào)，保證高壓電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 SF6氣體密度控制器檢驗(yàn)

SF6氣體密度控制器是高壓電氣設(shè)備的重要監(jiān)控元件之一，擔(dān)負(fù)著電力系統(tǒng)控制與保護(hù)的雙重任務(wù)，特別是電力系統(tǒng)的正常和事故開斷。因此，對(duì)SF6氣體密度控制器產(chǎn)品的檢驗(yàn)是保障高壓電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要手段。國(guó)家電力研究院依托國(guó)家儀器儀表元器件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心開展一系列相關(guān)產(chǎn)品的檢驗(yàn)，本文對(duì)SF6氣體密度控制器產(chǎn)品的檢驗(yàn)進(jìn)行了認(rèn)真研究，提出了一種簡(jiǎn)單可行的溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)方法。

1.1 溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)

1.1.1 研究目的

為準(zhǔn)確有效地檢驗(yàn)出SF6氣體密度控制器溫度補(bǔ)償元件的技術(shù)性能指標(biāo)，本文研究了一種溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)方法，該檢驗(yàn)方法既避免中間對(duì)SF6氣體密度控制器充壓密封環(huán)節(jié)帶來的氣體損耗問題，又避免了與密封性能檢驗(yàn)項(xiàng)目的重復(fù)，該方法是不同于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的另一種簡(jiǎn)單有效的溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)方法。

1.1.2 檢驗(yàn)內(nèi)容

(1)檢驗(yàn)依據(jù):GB/T 22065《壓力式六氟化硫氣體密度控制器》標(biāo)準(zhǔn)。

(2)檢驗(yàn)設(shè)備:自動(dòng)加壓系統(tǒng);高低溫試驗(yàn)箱;SF6氣體回收充放裝置。

(3)檢驗(yàn)溫度:－30～60℃工作環(huán)境溫度范圍內(nèi)選取 －30℃、－20℃、20℃與60℃4個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)。

4)檢驗(yàn)樣件選擇國(guó)內(nèi)某生產(chǎn)廠家不同型號(hào)的2只精度等級(jí)為1.6級(jí)的SF6氣體密度控制器進(jìn)行，其中1#樣件為充液型儀表，2#樣件為充氣型儀表，產(chǎn)品的測(cè)量范圍均為 －0.1～0.9MPa，額定壓力為 0.40MPa。

1.1.3 檢驗(yàn)方法

本文采用3種不同的方法對(duì)樣件進(jìn)行溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)。第一種方法是按GB/T22065規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)結(jié)果作為本文研究?jī)?nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)值;第二種方法是采用自動(dòng)加壓系統(tǒng)對(duì)充入SF6氣體至額定壓力的樣件進(jìn)行溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì);第三種方法是在通大氣條件下對(duì)樣件進(jìn)行自動(dòng)加壓的溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)。每種檢驗(yàn)方法的具體內(nèi)容如下:

(1)方法一:分別給被測(cè)儀表充入SF6氣體，充氣型儀表在20℃環(huán)境條件下放置2h、充液型儀表放置3h后，使其壓力達(dá)到額定壓力;再將儀表放入高低溫試驗(yàn)箱中，逐漸升(降)溫度至規(guī)定的溫度上、下限值，待溫度穩(wěn)定后，充氣型儀表保持2h、充液型儀表保持3h，檢測(cè)此時(shí)儀表的壓力指示誤差。

(2)方法二:在大氣條件下，分別將充入SF6氣體的儀表與自動(dòng)加壓系統(tǒng)連接，充氣型儀表在20℃環(huán)境條件下放置2h、充液型儀表放置3h后，使其壓力達(dá)到額定壓力，記錄此時(shí)儀表示值;再將儀表放入高低溫試驗(yàn)箱中，使表殼內(nèi)氣體與自動(dòng)加壓系統(tǒng)相通，保持自動(dòng)加壓系統(tǒng)壓力為0.40MPa，逐漸升(降)溫度至規(guī)定的溫度上、下限值，待溫度穩(wěn)定后，充氣型儀表保持2h、充液型儀表保持3h，檢測(cè)此時(shí)儀表的壓力指示誤差。

(3)方法三:在大氣條件下，分別將儀表與自動(dòng)加壓系統(tǒng)連接，充氣型儀表在20℃環(huán)境條件下放置2h、充液型儀表放置3h后，使其壓力達(dá)到額定壓力，記錄此時(shí)儀表示值;再將儀表放入高低溫試驗(yàn)箱中，使表殼內(nèi)氣體與自動(dòng)加壓系統(tǒng)相通，保持自動(dòng)加壓系統(tǒng)壓力為0.40MPa，逐漸升(降)溫度至規(guī)定的溫度上、下限值，待溫度穩(wěn)定后，充氣型儀表保持2h、充液型儀表保持3h，檢測(cè)此時(shí)儀表的壓力指示誤差。

2 檢驗(yàn)結(jié)果與分析

采用3種不同的方法對(duì)樣件分別進(jìn)行溫度為20℃、60℃、－20℃及－30℃下的溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表1和表2所示。表中曲線修正結(jié)果采用Berttie-Bridgman公式計(jì)算得到，Berttie-Bridgman公式如下:

式中:γ為 SF6氣體密度值，計(jì)算得到 SF6氣體密度為0.0052kg/m3;T為氣體熱力學(xué)溫度，K。

以1#樣件在60℃條件下為例，將γ代入式(2)、式(3)，分別計(jì)算出A、B值，再將A、B、γ與ΔT代入式(1)，計(jì)算得到氣體在額定壓力下修正值為0.047MPa。

表1 1#樣件溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)結(jié)果比對(duì)

1#樣件檢驗(yàn)結(jié)果顯示:方法一的檢驗(yàn)結(jié)果在20℃、60℃、－20℃和－30℃環(huán)境條件下的壓力指示誤差分別為0.8%、1.0%、－1.4%和 －1.7%，均小于溫度補(bǔ)償誤差限［1］要求，1#樣件溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)結(jié)果為合格;方法二的檢驗(yàn)結(jié)果在20℃、60℃、－20℃和－30℃環(huán)境條件下的壓力指示值分別為0.416MPa、0.365MPa、0.432MPa和 0.440MPa，經(jīng)曲線修正［2］得到的誤差分別為0.8%、1.2%、－1.5%和 －1.9%，與標(biāo)準(zhǔn)方法得到的結(jié)果最大偏差為0.2%;方法三的檢驗(yàn)結(jié)果在4種環(huán)境溫度條件下的壓力指示值分別為 0.417MPa、0.364MPa、0.430MPa 和 0.441MPa，經(jīng)曲線修正得到的誤差分別為 0.9%、1.1%、－1.7%和－1.8%，與標(biāo)準(zhǔn)方法得到的結(jié)果最大偏差為0.3%。

表2 2#樣件溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)結(jié)果比對(duì)

2#樣件檢驗(yàn)結(jié)果顯示:方法一的檢驗(yàn)結(jié)果在20℃、60℃、－20℃和－30℃環(huán)境條件下的壓力指示誤差分別為0.2%、0.8%、－0.6%和－1.4%，均小于溫度補(bǔ)償誤差限要求，2#樣件溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)結(jié)果為合格;方法二的檢驗(yàn)結(jié)果在20℃、60℃、－20℃和－30℃環(huán)境條件下的壓力指示值分別為0.413MPa、0.362MPa、0.442MPa和 0.444MPa，經(jīng)修正得到的誤差分別為 0.5%、0.9%、－0.5%和－1.5%，與標(biāo)準(zhǔn)方法得到的結(jié)果最大偏差為0.3%;方法三的檢驗(yàn)結(jié)果在4種環(huán)境溫度條件下的壓力指示值分別為 0.412MPa、0.364MPa、0.439MPa 和 0.442MPa，經(jīng)修正得到的誤差分別為 0.4%、1.1%、－0.8%和 －1.7%，與標(biāo)準(zhǔn)方法得到的結(jié)果最大偏差為0.3%。

圖1 SF6氣體壓力－溫度曲線

方法二與方法一比較說明SF6氣體密度控制器在溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)時(shí)，只要給儀表充入SF6氣體至額定壓力保持不變，控制器可不進(jìn)行封口檢驗(yàn);方法三與方法二比較說明SF6氣體密度控制器溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)與表腔內(nèi)所充氣體無關(guān)，只要連續(xù)加壓至額定壓力值不變，就可在不同溫度條件下進(jìn)行溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)。

以上方法是通過公式計(jì)算得到的，圖1為GB/T10892－2008電子式六氟化硫密度變送器標(biāo)準(zhǔn)中典型密度及溫度下的氣體壓力－溫度曲線。在一般情況下，也可以采用方便的查詢曲線方法進(jìn)行壓力值的修正。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文提出的SF6氣體密度控制器溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)方法是有效可行的，且該檢驗(yàn)方法避免了充壓密封環(huán)節(jié)帶來的SF6氣體損耗問題，同時(shí)避免了與密封性能檢驗(yàn)項(xiàng)目的重復(fù)。經(jīng)過試驗(yàn)結(jié)果與分析證明了本文提出的溫度補(bǔ)償檢驗(yàn)方法是可以作為標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)的。

［1］GB/T 22065—2008 壓力式六氟化硫氣體密度控制器標(biāo)準(zhǔn).

［2］GB/T 10892—2008 電子式六氟化硫密度變送器標(biāo)準(zhǔn).